ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2002 года по МПК F16H35/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении и станкостроении. Известен зубчатый планетарный механизм цепи конвейера (см. справочное пособие И. И. Артоболевского "Механизмы в современной технике", т.4. изд. "Наука", Москва. 1980 г. Группа XIX, индекс C3, подгруппа ЦУ, и 2810). Этот механизм содержит ведущий вал с закрепленным на нем однозубым колесом, входящим попеременно в зацепление с зубчатыми колесами внутреннего и внешнего зацепления планетарного механизма, вращая одно из них и запирая одновременно другое. Вращение этих колес передается суммирующему устройству, заставляя конвейер двигаться в ту или другую стороны.

Для работы рассматриваемого механизма требуется запирающее устройство, осуществляемое скольжением приводного колеса по запорным дугам ведомых колес. Рассматриваемая передача работает с толчками и не пригодна для больших скоростей.

Наиболее близким по технической сущности является зубчатый планетарный редуктор, класс 47 h 13, 83854 по старой классификации (изобретение заявлено 19 января 1949 года за 398443, но этот номер а.с. принадлежит другому изобретению). Это планетарный редуктор с некруглыми колесами, выполненный по простейшей схеме (например, по схеме механизма Давида) и содержит водило, являющееся ведущим звено и несущее оси сателлитов, которые находятся в зацеплении с центральными колесами. Устройство отличается тем, что все его шестерни выполнены некруглыми, что позволяет получать необходимый закон изменения переменного передаточного отношения и его знак.

Недостатком данного изобретения является сложность получения нескольких импульсов неравномерного вращения за один оборот ведущего звена и невозможность их дифференцированного использования.

Другим недостатком известной конструкции является повышенная сложность изготовления зубчатых колес редуктора.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства, позволяющего получать последовательность импульсов неравномерного вращения на составном выходном валу дифференциального механизма при закрепленном или нагруженном силами сопротивления от действия нагрузки другом выходном валу в требуемом диапазоне изменения переменного передаточного отношения и его знака для каждого импульса и их взаимный фазовый сдвиг за один оборот водила при постоянной скорости его вращения, и возможность их дифференцированного использования.

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном механизме с переменными параметрами, содержащем два соосных выходных вала с жестко закрепленными на них центральными колесами, одно из которых установлено со смещением относительно своей оси вращения, имеет некруглую форму и одинаковое число зубьев с сопряженными с ним круглыми и эксцентрично смещенными на одинаковую величину сателлитами, и водило, несущее оси двухрядных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральными колесами и обеспечивающими кинематическую связь между валами, согласно изобретению выходные валы выполнены составными и образованы из нескольких полых коаксиальных валов с закрепленными на них центральными колесами, образующими составные центральные колеса, кинематически связанные через свои двухрядные сателлиты.

Составной выходной вал, связанный с составным некруглым смещенным центральным колесом, снабжен устройством, фиксирующим угловые положения некруглых смещенных центральных колес, образующих составное некруглое смещенное центральное колесо, относительно друг друга.

Составной выходной вал, связанный с составным некруглым смещенным центральным колесом, снабжен устройством, позволяющим регулировать угловые положения некруглых смещенных центральных колес, образующих составное некруглое центральное колесо, относительно друг друга.

Такое конструктивное выполнение дифференциального механизма с переменными параметрами обеспечит достижение заданного технического результата за счет соответствующих кинематических связей каждого коаксиального вала, образующего один выходной составной вал, через свой двухрядный сателлит, ось которого установлена на водиле, с коаксиальными валами с закрепленными на них некруглыми смещенными центральными колесами, образующими другой составной выходной вал и составное некруглое смещенное центральное колесо.

Для дифференциального механизма с одним водилом соотношения между угловыми скоростями звеньев выражаются формулой

где ω₁ - угловая скорость первого центрального колеса 1;
ω₄ - угловая скорость второго центрального колеса 4;
ω_в - угловая скорость водила.

При остановленном центральном колесе ω₁ = 0 получается планетарный редуктор и передаточное отношение

где Z₁ и Z₄ - числа зубьев центральных колес;
Z₂ и Z₃ - числа зубьев сателлитов.

В заявляемом устройстве Z₁=Z₂ и передаточное отношение

При эксцентричном смещении колес 1 и 2 вращение водила вызовет биения начальных окружностей этих колес, и передаточное отношение начнет меняться. Значение мгновенного передаточного отношения при неподвижном смещенном центральном колесе определяется по формуле

где R'₁ и R'₂ - мгновенные значения радиусов начальных окружностей центрального колеса 1 и сателлита 2 в точке их соприкосновения;
R₃ и R₄ - радиусы начальных окружностей сателлита 3 и центрального колеса 4.

Из формулы следует, что соотношение

определяет значение мгновенного передаточного отношения и его знак.

При

т.е. скорость центрального колеса 4 ω₄ = 0.
При

передаточное отношение положительно, т.е. направления вращения водила и центрального колеса 4 одинаковы.

При

передаточное отношение отрицательно, т.е. направления вращения водила и центрального колеса 4 различны.

Соотношение R'₁/R'₂ имеет экстремальные значения при таких положениях начальных окружностей колес, когда разность мгновенных значений радиусов
R'₁-R'₂ = ±2e,
где e - величина смещения центрального колеса и сопряженного с ним сателлита.

Соотношение R'₁/R'₂ определяет среднее значение передаточного отношения механизма и выбирается исходя из требуемых динамических характеристик и конструктивных особенностей устройства.

Применению дифференциального механизма с одним некруглым колесом способствует относительная простота его изготовления. Проектирование, расчет, производство и методы контроля хорошо освещены в технической литературе (например, в книге Ф.Л. Литвина "Некруглые зубчатые колеса", МАШГИЗ, 1956 г. Москва, Ленинград).

Работа устройства с различными исполнениями и конструктивными вариантами может быть использована в качестве преобразующих механизмов при создании устройств роторного типа, вариаторов, приводов, сумматоров, механизмов периодического вращения и т.д.

Применение устройства с двумя коаксиальными валами, образующими составной выходной вал, может быть использовано для сложения двух движений, например в планетарном редукторе, зубчатые колеса внутреннего и внешнего зацепления которого устанавливаются на коаксиальных валах, а движение этих колес передается сателлиту, приводящему в движение водило. Применение составного некруглого центрального колеса может быть использовано при применении составного выходного вала, образованного четырьмя и более коаксиальными валами, когда требуется увеличение количества импульсов с одинаковым взаимным фазовым сдвигом, что затруднительно при использовании одного некруглого центрального колеса по конструктивным причинам и связано с размещением на водиле четырех и более осей двухрядных сателлитов.

Установка угловых положений некруглых центральных колес относительно друг друга осуществляется с помощью устройства фиксации, например муфты, устанавливаемой на коаксиальных валах, связанных с некруглыми центральными колесами.

Возможны также случаи регулирования взаимных разовых сдвигов импульсов вращения непосредственно во время работы устройства. В этих случаях на коаксиальных валах, связанных с некруглыми центральными колесами, устанавливается устройство, позволяющее регулировать угловые положения некруглых центральных колес относительно друг друга.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена кинематическая схема преобразующего дифференциального механизма.

Преобразующий дифференциальный механизм состоит из ведущего вала 10, жестко связанного с водилом В. На водиле В установлены подвижно оси 5, 5а с закрепленными на них сателлитами 2 и 3, 2а и 3а. Сателлиты 2 и 2а находятся в зацеплении со своими некруглыми смещенными центральными колесами 1.1 и 1.2, образующими составное центральное колесо 1, имеют круглую форму, эксцентрично смещены относительно своей оси вращения на величину, равную смещению центральных колес, установлены в фазах, обеспечивающих при обкатывании центральных колес постоянство межосевого расстояния, и имеют одинаковые числа зубьев с центральным колесом 1. Два выходных вала 6 и 8 являются составными и образованы полыми коаксиальными валами 6.1 и 6.2, 8.2 и валом 8.1, установлены соосно на стойках 7 и 9. На валах 6.1 и 6.2 закреплены некруглые смещенные центральные колеса 1.1 и 1.2 с одной стороны, образующие составное некруглое смещенное центральное колесо 1, и муфта 11 - с другой, которая может иметь различные исполнения. На валах 8.1 и 8.2 закреплены центральные колеса 4.1 и 4.2, образующие другое составное центральное колесо 4. Соотношение чисел зубьев зубчатых пар 4.1 и 3, 4.2 и 3а выбирается, исходя из назначения устройства.

Устройство работает следующим образом. Равномерное вращение ведущего вала 10 и связанного с ним водила В с установленными на нем осями 5 и 5а вызывает движение сателлитов 2 и 3, 2а и 3а относительно центральных колес 1 и 4, имеющих внешнее зацепление. Данный механизм является дифференциальным и имеет две степени свободы: принудительное движение одного из звеньев 1, 4, В получается при определенном движении двух других. Одно из них обычно закрепляется, и механизм обладает одной степенью свободы и представляет собой простую планетарную передачу, более удобную для рассмотрения.

При обкатывании закрепленного некруглого смещенного центрального колеса 1.1 эксцентрично смещенным сателлитом 2 возникает радиальное биение, вызывающее неравномерное вращение оси 5, закрепленного на ней сателлита 3, и находящегося в зацепления с ним центрального колеса 4.1, и связанного с ним вала 8.1. Одновременно обматывание сателлитом 2а центрального колеса 1.2 аналогично вызывает неравномерное вращение выходного вала 8.2.

Изменение взаимного углового положения некруглых колес 1.1 и 1.2 от 0 до 360 град. вызывает изменение фазового сдвига между импульсами неравномерного вращения на выходных валах 8.1 и 8.2 на ту же величину, т.е. изменяется их взаимный базовый сдвиг. Установка или регулирование углового положения непосредственно во время работы устройства осуществляется применением фиксирующего или регулирующего устройства, установленного на валах 6.1 и 6.2.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве преобразующего механизма при создании устройств роторного типа, вариаторов, приводов, механизмов прерывистого вращения и т.д. Механизм содержит два соосных выходных вала с жестко закрепленными на них центральными колесами, одно из которых установлено со смещением относительно своей оси вращения, имеет некруглую форму и одинаковое число зубьев с сопряженными с ним круглыми и эксцентрично смещенными на одинаковую величину сателлитами, водило, несущее оси двухрядных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральными колесами и обеспечивающими кинематическую связь между выходными валами. Выходные валы выполнены составными и образованы из нескольких полых коаксиальных валов с закрепленными на них центральными колесами, образующими составные центральные колеса, кинематически связанные через свои двухрядные сателлиты. Составной выходной вал, связанный с составным некруглым центральным колесом, снабжен устройством, фиксирующим или позволяющим регулировать угловые положения некруглых центральных колес относительно друг друга. Изобретение позволяет получить последовательность импульсов неравномерного вращения на составном выходном валу дифференциального механизма с переменными по величине скоростями вращения ведомых звеньев, необходимым направлением вращения и их взаимным фазовым сдвигом при постоянной скорости вращения ведущего звена. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Преобразующий дифференциальный механизм, содержащий два соосных выходных вала с жестко закрепленными на них центральными колесами, одно из которых установлено со смещением относительно своей оси вращения, имеет некруглую форму и одинаковое число зубьев с сопряженными с ним круглыми и эксцентрично смещенными на одинаковую величину сателлитами, и водило, несущее оси двухрядных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральными колесами и обеспечивающими кинематическую связь между выходными валами, отличающийся тем, что выходные валы выполнены составными и образованы из нескольких полых коаксиальных валов с закрепленными на них центральными колесами, образующими составные центральные колеса, кинематически связанные через свои двухрядные сателлиты, при этом составной выходной вал, связанный с составным некруглым смещенным центральным колесом, снабжен устройством, фиксирующим угловые положения некруглых смещенных центральных колес, образующих составное некруглое смещенное центральное колесо относительно друг друга. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что составной выходной вал, связанный с составным некруглым смещенным центральным колесом, снабжен устройством, позволяющим регулировать угловые положения некруглых смещенных центральных колес, образующих составное некруглое центральное колесо, относительно друг друга.